实现炫酷旋转LED显示器设计（系统框图+硬件选型）

一．多功能旋转LED显示器设计的主要内容

启动电机，通过旋转的指针板控制LED显示一个立体动态的地球仪；或选择播放音乐并在旋转的LED上同步显示歌词。其中LED的电源由电机运动时产生的电磁感应发电，而指针板上的信号则通过无线遥控得到。
 
目前的进展情况：对指针板的各模块原理有深入的了解。
 
二．设计创新点及关键技术的论述

创新点(1)：使用29位LED灯立体显示一个地球仪与显示歌词；
创新点(2)：用电机旋转带动LED，给人立体的视觉效果；
创新点(3)：从指针板引出导线，接入到电机内部绕在转子上，电机旋转时该导线切割磁场产生感应电动势，接过整流后作为指针上的电源。
 
关键技术(1)：用霍尔传感器确定指针板的角度位置，根据指针板所在的不同位置，控制LED，利用人眼的视觉暂留效应，形成完整的显示画面；
 
关键技术(2)：精确的控制LED的亮灭，需要很严谨的程序；
 
关键技术(3)：音乐与歌词同步。
 
三．技术成熟性和可靠性论述

电机的高速旋转，再配合LED的控制，完全可以呈现出一个立体图形，再加上红外控制开关，更方便于操作。当然团队的专业技术的基础，可以保证项目的顺利实施，最终完成项目。下面是实现的效果示意图（以显示”3”字符为例）。

图1：实现的效果示意图

 
四.项目实施方案

1．方案基本功能框图及描述

图2：方案基本功能框图及描述

 
旋转时钟系统，由指针板、直流电机、电源、无线遥控器以及上位机（PC）软件等部分组成（参见下图旋转时钟系统框图）。
 
（1）电机

电机采用的是普通直流电机，负责带动指针板旋转。电机的启动或停止，由指针板上的CPU负责控制。 电机轴是金属的，所以被同时充当了电源和串口通讯的地线。另外在电机轴上套了一个导电环，在转动时导电环与电刷保持接触，构成电源的正极和串口通讯的信号线。
 
（2）指针板CPU

指针板负责显示功能，是旋转时钟的主要部件指针板的主控芯片就是PIC32。 指针板上有一排超高亮LED。
 
（3）霍尔传感器

 
霍尔传感器装在指针板上，在外壳的对应位置安装了一个磁钢指针板每旋转一周，霍尔传感器就会经过一次磁钢位置，并感应到信号。这个信号被称为“过零信号”。有了这个信号，CPU就可以在旋转的过程中实时检测计算指针板的角度位置。并根据指针板所处的不同位置，点亮相应的LED，利用人眼的视觉暂留效应，形成完整的显示画面。 通过检测两次过零信号的时间间隔，就可以计算出电机转速，或者指针旋转一周的时间。把该时间等分为180份，即可求得每个显示列的位置。这样，就不必再去对电机进行匀速控制了。为了便于程序的计算，要把整个指针板旋转的圆周等分为180个等分位置。每个位置被称为一列。
 
（4）运放扬声器

指针板上有一个功率放大音响，在执行播放音乐的命令时启动。
 
（5）无线遥控器

无线遥控器采用比较简单的方案实现。主控芯片采用了ADS7846，用于切换LED显示器的显示功能。
 
（6）上位机

上位机程序是本项目的高端应用。上位机软件可以采用C语言编程，通过串口发送串行控制名令给指针板，便以调试。其功能涵盖了所有的串行控制功能，并有所加强和扩展。比如，可以通过电脑下载新的显示画面到指针板上，并存储在CPU的内部E2PROM中。
 
2．需要的开发平台

（1） MPLAB IDEv8.41硬件调试及编程工具；
（2） 软件开发环境 MPLAB IDE v8.41；
（3） 编译器MPLAB IDE。
 
3．需要的扩展模块

（1）PmodRF1——无线电收发器；
（2）PmodSD——SD卡插槽。

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